近日，我中心硕士研究生陈鑫以第一作者在高分子领域重要学术期刊Polymer上发表题为“Crystalline grain refinement toughened isotactic polypropylene through rapid quenching of stretched melt”的研究论文，论文以Short Communication形式在线刊登，张世勋副教授和王震副教授为论文通讯作者。

对于金属/合金材料来说，纳米尺度下晶粒细化是一种增强材料宏观力学性能成熟且有效的方法，已成为金属/合金相关领域工业加工的基础。然而，类似的过程在半结晶性高分子材料中很少报道，相关研究严重缺乏。将金属材料中晶粒细化的概念引入到高分子，需要解决两个问题，一是发展纳米尺度下片晶形态尺寸及分布的调控方法，二是探究纳米片晶细化与材料宏观性能的关系。

对此，本工作提出了结合熔体拉伸和快速降温两种极端非平衡外场的熔体加工方法，以等规聚丙烯（iPP）为研究对象，通过对拉伸变形后的熔体实施淬冷，实现了制备超细晶粒的高分子制品。相比于粗晶制品，晶粒细化不仅体现在片晶尺寸的成倍减小，同时也伴随晶体单元分布密度的数量级提高（图1）。拉伸力学测试表明，纳米尺度下片晶细化显著增强了材料的拉伸韧性，同时并没有牺牲强度和模量。进一步的形貌表征发现，经细晶增韧的样品呈现出一种纤维状的断裂形貌，表明高密度分布的小晶粒有利于变形过程中微纤的形成（图2）。除此之外，论文还对晶型、晶体取向、结构稳定性、结晶度、屈服应力等其它结构和力学参数进行了总结和讨论。纳米尺度下片晶细化为制造性能优异的高分子材料提供了新思路，有望推广到其它半结晶性高分子体系中。

图1. SAXS测试：（a）片晶模型，（b）二维SAXS图，（c）一维SAXS曲线，（d）一维相关函数，（e）片晶厚度与长周期，（f）片晶侧向尺寸

图2. 拉伸力学测试

该研究得到了国家自然科学基金（51803189，11672271）和中国博士后科学基金（2018M630832）的项目资助，同时感谢郑州大学张彬教授在实验测试方面的支持。

原文链接：Xin Chen, Zhen Zhang, Bin Chen, Chuntai Liu, Shixun Zhang*, Wei Cao, Zhen Wang*. Crystalline grain refinement toughened isotactic polypropylene through rapid quenching of stretched melt, Polymer 216 (2021) 123435. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2021.123435